0.65 THz回旋管电子光学系统的模拟与分析

发布时间：2020-05-27 22:33

【摘要】：近年来,太赫兹科学技术因其特有的魅力在国际上受到广泛的关注,针对太赫兹波源的研究是一个热点方向。基于自由电子受激辐射原理的回旋管因克服了高频结构尺寸与工作波长的共度性,成为了最有可能输出大功率太赫兹波的器件,得到了蓬勃发展。本文中所研究的双阳极磁控注入电子枪,是为0.65 THz二次谐波回旋管提供发射电子的源,因回旋管高频腔截止半径仅1.3 mm,要求的电子注平均引导中心半径为1 mm,回旋管对电子注的要求比较高,速度离散和引导中心半径离散不能太大,否则会严重影响互作用效率,引导中心半径离散太大时,电子注甚至会被阳极截获而无法进入高频腔。本文的主要研究内容为:1、基于角动量守恒定理和绝热压缩理论,分析、推导和总结了一组用于计算电子枪初始结构参数的方程组。为了加快优化速度,在理论上分析了影响电子注速度比、速度离散和电子注厚度的相关因素,同时也为模拟仿真的结果提供分析依据。根据电子枪初始结构参数,进行PIC模拟仿真,分析总结了各种参数对电子注性能影响的规律,最终得到性能良好的电子枪,其发射的电子注速度比为1.28,速度比离散为3.8%,横向速度离散为1.46%,纵向速度离散为2.25%,平均引导中心半径为1 mm,满足0.65 THz二次谐波回旋管对电子注的要求。2、电子注落点的研究对于收集极位置和功率容量的设计至关重要,本文通过简化高频互作用结构,模拟阴极发射出的电子注经过注波互作用过程最终落到收集极上。3、电子枪的模拟仿真,是为了投入试验测试,为互作用提供电子源,但因为加工工艺水平的限制,加工出来的电子枪与模拟仿真的会存在一定偏差,所以本文还考虑了因为加工精度带来的结构偏差对电子注性能的影响,还模拟了在回旋管热测实验中寻找最佳工作点时调节电压电流对电子注的影响,最终给出了电子枪的设计参数。根据电子枪设计参数成功加工出了双阳极磁控注入电子枪,并用于0.65 THz二次谐波回旋管热测实验,通过实验测试,找到了回旋管的一个最佳工作点,输出功率为2.03 kW,效率为6.7%,通过实验结果,证明了所设计的电子枪的有一定的参考意义。
【图文】：

电磁波波谱图

各种真空电子器件回旋管因高频率、大功率等独特的优势受到科研人员的青睐，在太赫兹源的研
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN12

【参考文献】

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1 夏蒙重;刘大刚;鄢扬;杨超;刘腊群;彭凯;;94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计[J];强激光与粒子束;2012年08期

2 刘盛纲;钟任斌;;太赫兹科学技术及其应用的新发展[J];电子科技大学学报;2009年05期

3 吴浠桥;赵青;董爱香;李宏福;;回旋管电子枪的发展及其评述[J];真空电子技术;2007年01期

4 刘盛纲;;太赫兹科学技术的新发展[J];中国基础科学;2006年01期

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3 张颜颜;光子晶体回旋管相关问题的研究[D];电子科技大学;2016年

4 蒋伟;回旋行波管电子光学系统优化设计及激光等离子体互作用研究[D];电子科技大学;2015年

5 王丽;回旋管电子光学系统的研究[D];电子科技大学;2006年

6 喻胜;腔体回旋脉塞器件的研究[D];电子科技大学;2002年

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3 牟秋玲;太赫兹回旋行波管电子枪的研究[D];电子科技大学;2016年

4 李鹤;扩散式钡钨阴极性能研究[D];电子科技大学;2015年

5 薛源;电子回旋脉塞电子光学系统研究[D];电子科技大学;2015年

6 潘成胜;回旋管电子光学系统的热分析及结构优化[D];电子科技大学;2014年

7 李苍龙;大功率太赫兹回旋管电子枪的研究[D];电子科技大学;2014年

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本文编号：2684244